lammps实例(4).pdf

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1、Project#2金属中的点缺陷：空位和间隙原子一、空位从晶体中移去一个原子，即可形成空位。本例将运用LAMMPS计算空位形成能,Ev.LAMMPS输入文件为in.vacancy1)在fcc结构的完整Cu晶体中引入一个空位沿<100>方向构造一个4×N×N×N的晶体。N为input文件中lattice命令指定的个方向上的晶胞重复单元数。2)弛豫当一个原子从晶体中移走之后，周围的原子将相应地调整位置以降低体系势能。为得到稳定的构型，需要对体系进行弛豫，relaxation.LAMMPS提供两种能量最小化方式，cg和

2、sd。本例中选用sd方式进行能量最小化。如下是输入文件，in.vacancy:unitsmetal#单位为lammps中的metel类型boundaryppp#周期性边界条件atom_styleatomic#原子模式latticefcc3.61#Cu的晶格常数3.61regionboxblock060606#x,y,z各方向上的晶胞重复单元数，也即区域大小create_box1box#将上述区域指定为模拟的盒子create_atoms1box#将原子按晶格填满盒子pair_styleeam/alloy#选取Cu的

3、EAM势作为模型pair_coeff**jin_copper_lammps.setflCu#EAM势文件名称run0#运行0步，仅为启动lammps的热力学数据计算variableEequalpe#定义变量E为系统总势能variableNequalatoms#定义变量N为系统总原子数print"thenumberofatoms&systemenergynoware$N$E"#打印信息regioncenterpointblock33.0533.0533.05#指定一个原子大小的区域delete_atomsregio

4、ncenterpoint#删除这个区域的原子min_stylesd#能量最小化模式，sdminimize1.0e-121.0e-1210001000#能量最小化参数，指数越大最小化程度越深print"thenumberofatoms&systemenergynoware$N$E"#打印信息compute3allpe/atom#计算每个原子的势能compute4allke/atom#计算每个原子的动能compute5allcoord/atom3.0#计算每个原子的近邻原子数dump1allcustom1dump.a

5、tomidxsyszsc_3c_4c_5#将指定的各原子信息写入dump.atom.timestep0.005#步长0.005fsrun1#运行1步13)运行lammps4)计算空位形成能空位浓度由下式给出：[n]=exp(−Fv/kBT).其中Fv=Ev−TSv为形成一个空位所需要的Helmholtz自由能.忽略熵Sv,空位浓度公式简化为[n]=exp(−Ev/kBT).设E1为完整晶体能量，含N个原子；E2为弛豫后的晶体能量，含N–1个原子。空位形成能Ev为：N1EEEv21N或EENE1vc

6、2oh,其中Ecoh=E1/N,为完整晶体的内聚能。本例中以EAM模型计算4×(20×20×20)=32000个原子的体系，得到空位形成能Ev~1.26eV，文献中的实验值为~1.28eV，符合较好。-22另由上式计算得到，300K温度下的空位浓度为~7.59×10，1350K(Tm)时的空位浓-5-4−4度~2.2×10（文献中的实验值为~2×10）。换算时注意(1eV/kB=1.1604×10K)图1.空位处于4×(6×6×6)的FCC晶体中心，ca6,ca6,ca6.颜色依据原子势能标注。102030

7、2二、间隙原子向完整晶体中插入一个原子，即形成间隙原子。如果新插入的原子和晶体原子相同，则为自间隙原子，self-interstitial。与空位计算类似，我们用如下式子计算金属Cu中的自间隙原子形成能EiN1EEEi21NEi可能取决于间隙原子引入的初始位置。但对应最小的Ei值的，应该是唯一的位置。在Cu,Ni和Pt等FCC金属中，最稳定的自间隙原子构型均为[100]方向的哑铃型。如下图：图2.FCC金属中的哑铃状自间隙原子构型。右图为LAMMPS得到的Cu的构型。晶体中引入间隙原子后，周围原子将做相应的

8、位置调整以期达到最低能量状态。为了得到弛豫后的构型，我们采用LAMMPS里的cg和sd的能量最小化方法。本例中采用的是sd方法。相对于空位，间隙原子的引入需要更大程度的弛豫。结合能量最小化方法，我们采用NVT或NVE系统的热力学平衡方法。给体系升温，让原子充分动起来，找到最稳定的位置，得到最稳定的构型。然后淬火quench到0K。最后再运用能量最小化。Theinputfi